Чудесная жизнь клеток. Как мы живем и почему мы умираем - Льюис Уолперт

Клетки используют энергию для того, чтобы сохранять свою сложную структуру, чтобы расти, размножаться и двигаться, и теперь мы знаем, что эта энергия берется из АТФ. АТФ обеспечивают клетку энергией, когда один из трех входящих в состав этой молекулы фосфатов удаляется. Без АТФ не функционировали бы печень, почки и мозг — одним словом, все наши органы. Не имеется никаких доказательств наличия такой химической или биологической сущности, как энергия «ци» или «почечная энергия».

Подобное злоупотребление научным понятием дело не безобидное, ибо оно придает фальшивую достоверность объяснениям, которые предлагаются широкой публике с целью обосновать лженаучные методы. Я вовсе не утверждаю здесь, что все виды альтернативной медицины неспособны помочь больным или что их воздействие целиком и полностью объясняется эффектом плацебо, — я лишь говорю, что заявлять, будто в основе лечебного эффекта лежит какая-то «энергия», означает совершенно сбивать людей с толка.

Теория Дарвина со всей ясностью говорит о том, что человек развился из самой первой клетки, появившейся миллиарды лет тому назад. Как же возникла эта самая первая клетка? Каково происхождение жизни? Является ли жизнь чем-то большим, нежели просто удачным результатом сложных химических реакций?

То, как отдельные клетки развились во многоклеточные организмы, — гораздо более простой вопрос, нежели вопрос о происхождении первых клеток: когда клетки появились, для них, в сущности, уже не составило проблемы развиться во все остальное, в том числе и в нас, в людей. Эволюция отбирала те клетки, которые эффективнее всего размножались, — те, чьи гены кодировали белки, лучше всего способствующие выживанию клеток.

Изучение древних каменистых отложений позволило обнаружить следы жизни, относящейся к периоду времени от трех до четырех миллиардов лет тому назад. В настоящее время на нашей планете существует более 10 миллионов различных видов живых организмов, и все они состоят из клеток. Живые существа возникали в силу естественного отбора, завоевывали территории, размножались — одни в ходе естественного отбора выживали, другие вымирали.

Клетки всех животных и растений развились из гораздо менее крупных одноклеточных организмов — таких, как, например, бактерии. Одной из наиболее ярких способностей первых клеток было умение формировать многоклеточные сообщества. Возможно, она стала эволюционным преимуществом каких-то групп клеток, поскольку клеткам было свойственно поедать друг друга в тяжелые времена.

Эволюция клеток зависит от мутаций генов, поскольку именно они являются носителями наследственной информации от одного поколения к другому. Изменения в генах приводят к изменениям в синтезируемых белках, а это ведет к изменению поведения клеток; если в результате всего этого выживаемость клетки повысится, то эволюция выберет именно ее, а другие клетки отомрут. Мутации генов обеспечивают материал для эволюции, поскольку в ее распоряжении имеются как прежние гены, так и новые, между которыми можно выбирать.

Эволюция на основе естественного отбора является поразительно мощным инструментом создания сложных функционирующих систем. Представьте, что ваш компьютер в случайном порядке выдает одно за другим решения какой-то конкретной проблемы. Изучив его предложения, вы выбираете наиболее подходящие и отбрасываете все остальные. Затем вы сводите все оставшиеся идеи воедино — можно сказать, скрещиваете их друг с другом путем обмена информацией и добавляете что-то от себя; все этой создает базу для появления новых идей. Эта процедура повторяется снова и снова, и вы каждый раз отбираете то, что, на ваш взгляд, приближает вас к решению изначальной задачи.

Очевидно, что это — весьма действенный подход, и клетки пользовались им для того, чтобы развиться в сложные организмы, подобные человеческому. В итоге эволюция создала такие системы, которые не смог бы разработать ни один инженер.

Наиболее распространенные организмы в мире бактерии — клетки, лишенные ядер и митохондрий, — зародились около трех миллиардов лет тому назад. Затем некоторые из них на каком-то этапе превратились в более сложные и гораздо более крупные по размерам клетки с ядрами, содержащими гены, и митохондриями для выработки энергии. У этих клеток уже не имелось жесткой оболочки, и они могли быстро менять свою форму самыми разнообразными способами. Неизвестно, как именно развились из бактерий подобные клетки, однако ясно, что чувствовали они себя вполне комфортно и развились в различные одноклеточные организмы вроде амебы. Они были и многочисленными, и разнообразными и прекрасно размножались за счет деления клеток. Почему же тогда на Земле появились многоклеточные организмы? В чем было преимущество сообществ клеток?

Насчет преимуществ еще можно ответить. Стандартный ответ заключается в том, что с течением времени это дало возможность для разделения труда между клетками и некоторые из них начали специализироваться на конкретных задачах — например, на переваривании пищи. Однако это не объясняет, как и почему изначально появились многоклеточные организмы.

Возможный сценарий выглядит так. Одна из клеток подвергается мутации, в результате чего при ее последующем делении образовавшиеся дочерние клетки не разделяются, а остаются вместе и продолжают оставаться вместе с каждым новым делением. В результате образуется колония из многих клеток. Когда эта колония становится слишком большой, она просто распадается на части, и эти части вновь вырастают в новые колонии.

Преимущество, которым обладали в силу естественного отбора колонии из многих клеток, заключалось в том, что при нехватке пищи клетки, входящие в колонию, могли питаться своими более слабыми собратьями и таким образом выживать. Этот процесс можно наблюдать на примере гидр и плоских червей. Когда эти животные голодают, они уменьшаются в размерах из-за того, что одни их клетки поглощают другие. Изучая их, несложно представить, как отдельные клетки, находящиеся в центре примитивной многоклеточной колонии клеток, принимались в тяжелые времена пожирать своих соседей и не отказывались от этого и тогда, когда голод отступал. Эти клетки стали прародителями яйцеклетки, поскольку они могли питаться, расти и затем делиться, с тем чтобы породить набор клеток, способных образовать многоклеточную колонию.

Яйцеклетка — это единственная клетка, выживающая при всех равных условиях, поскольку именно она порождает новое животное. Одна из основных функций всех клеток организма самки заключается в том, чтобы обеспечить питание яйцеклетки, и поэтому они легко жертвуют собой ради ее процветания. Таким образом, истоки нашего происхождения могут лежать, с одной стороны, в каннибализме, а с другой — в альтруистическом самопожертвовании клеток.

Все это, однако, не дает разгадки появления первой клетки, а значит, и происхождения жизни. Одно время ученые полагали, что в космосе присутствует особая сила, которая способствует самопроизвольному ее зарождению. Хотя эти взгляды восходят еще к Аристотелю, они были в ходу еще несколько столетий назад, пока изобретение микроскопа не произвело переворот в научных представлениях. Теория спонтанного самозарождения жизни была окончательно ниспровергнута в 1859 году, когда Луи Пастер сварил в колбе мясной бульон и затем изогнул узкое горлышко колбы так, что в колбу мог проникнуть воздух, но не могли попасть бактерии. Ни одной бактерии так и не удалось развиться в бульоне. Но когда Пастер наклонил колбу так, что в нее могли проникать из воздуха бактерии, то мясной бульон стал быстро кишеть бактериями. Ученые осознали, что бактерии попадали в бульон из окружающей воздушной среды, и теория спонтанного самозарождения жизни была отвергнута.